高地應(yīng)力軟巖地區(qū)大斷面隧洞的豆碎石充填灌漿技術(shù)

高地應(yīng)力軟巖地區(qū)大斷面隧洞的豆碎石充填灌漿技術(shù)

1下分層開(kāi)采影響下的隧道洞設(shè)計(jì)山西省萬(wàn)家寨黃工程北線1#隧道，自土寨分水門以來(lái)，通往虎頭山和黃河兩條水系的水系，全長(zhǎng)43.67公里。隧洞為明渠輸水,設(shè)計(jì)流量22.2m3/s。該洞最大埋深400m,大梁水庫(kù)以上設(shè)計(jì)縱坡為1/1500,以下設(shè)計(jì)縱坡為1/798.5,隧洞開(kāi)挖直徑4.819m,襯砌管片厚25cm,成洞直徑4.14m。該洞前18.345km采用鉆爆法施工,后段25.326km采用雙護(hù)盾全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工。隧洞地質(zhì)條件復(fù)雜,圍巖由上至下分別為下第四系上更新統(tǒng)低液限粉土、低液限粘土,間夾卵石混合土透鏡體;上第三系上新統(tǒng)卵石混合土及低液限粘土透鏡體。下伏二疊系下統(tǒng)下石盒子組長(zhǎng)石石英砂巖、泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖等,風(fēng)化嚴(yán)重,裂隙發(fā)育。地下水位高于洞頂10～95m。Ⅲ類圍巖長(zhǎng)度占37%,Ⅳ類圍巖長(zhǎng)度占42%,Ⅴ類圍巖長(zhǎng)度占21%。對(duì)于采用TBM法施工的隧洞,預(yù)制混凝土管片與巖石間的環(huán)形空隙,須采用豆礫石回填灌漿,以保證襯砌管片的穩(wěn)定性和增強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)的止水效果。因此,1#隧洞將“豆礫石回填灌漿”作為整個(gè)隧洞施工的一部分。21豆礫石回填灌漿,增強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)的整體性和強(qiáng)度由圖1可知:管片襯砌的重心與隧洞開(kāi)挖的重心并不重合,二者在鉛直方向相差54.5mm。頂部管片的外側(cè)與隧洞開(kāi)挖輪廓線最大間距為144mm,因混凝土支腳,下部管片的外側(cè)與隧洞開(kāi)挖輪廓線間距至少為35mm,管片與隧洞開(kāi)挖輪廓線之間的空隙是管片不穩(wěn)定的主要因素。為了保證預(yù)制管片的穩(wěn)定,將直徑為5～10mm的豆礫石(或碎石)用高壓風(fēng)從工作(吊裝)孔噴入,然后進(jìn)行灌漿,凝結(jié)豆礫石,填充空隙,使混凝土管片得到穩(wěn)定,同時(shí)傳遞山巖壓力或水壓力,使管片、豆礫石和圍巖三者形成一個(gè)整體,增強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)的整體性和強(qiáng)度。通過(guò)豆礫石回填灌漿,主要達(dá)到以下三個(gè)目的:(1)在TBM掘進(jìn)過(guò)程中,及時(shí)在管片與圍巖之間填充豆礫石,可防止和控制管片下沉及移動(dòng),控制圍巖變形,減少山巖壓力;(2)在豆礫石間注入水泥漿后,在管片與圍巖間形成具有一定厚度和強(qiáng)度的水泥碎石結(jié)石體,增加了襯砌結(jié)構(gòu)的整體性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度;(3)據(jù)以往工程資料,灌漿結(jié)石體的防滲系數(shù)≤10-6～10-7cm/s,具有一定的防滲功能,可作為一道滲漏防線。3計(jì)算3.1適當(dāng)級(jí)配的ph豆礫石填料是經(jīng)過(guò)篩選、清洗干凈和堅(jiān)固的專用骨料,其粒徑為5～10mm,承包人應(yīng)使其有適當(dāng)?shù)募?jí)配,以節(jié)省灌漿材料,該隧洞選用朔州當(dāng)?shù)氐乃槭?。水泥需符合《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》(GB175—1999)、大型回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥,該隧洞選用大同水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥。3.2洞灌漿及封孔管片結(jié)構(gòu):每個(gè)管片預(yù)留2個(gè)工作孔,除作安裝管片之用外,也兼作灌漿之用;在頂部管片預(yù)留回填灌漿孔,孔徑?100mm,其主要作用是豆礫石回填灌漿之用;在管片四周設(shè)止水條,除止水外,也防漿液外漏。灌漿的水灰比和灌漿壓力應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)確定,推薦水灰比范圍0.6∶1～0.7∶1,推薦灌漿壓力0.4～0.6MPa,不小于0.2MPa。灌漿應(yīng)先從底部管片開(kāi)始,再中部管片,最后上部管片。從里向外,灌漿呈向上的傾斜狀,灌漿開(kāi)始部位與開(kāi)挖掌子面的距離大約為300m。該洞在施工中,先灌J#和I#,再灌A#、B#、H#及F#,再灌C#及E#,最后管頂部D#。灌漿漿液由工作孔注入,并使管片環(huán)與圍巖之間的空隙完全充滿。當(dāng)要求的最后一級(jí)濃漿在規(guī)定的壓力下和規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)不再注入時(shí),即認(rèn)為灌漿完成,可結(jié)束灌漿。灌漿作業(yè)結(jié)束后,應(yīng)排除孔內(nèi)積水和污物,灌漿孔和檢查孔均應(yīng)采用干硬性砂漿填充搗實(shí),實(shí)施封孔。填充厚度不小于管片厚度,且封孔表面的光潔平整度須與預(yù)制管片內(nèi)表面的光潔平整度一致。在1#隧洞豆礫石回填灌漿開(kāi)始階段,由于承包人自身的原因,豆礫石回填灌漿未能及時(shí)跟進(jìn),礫石回填與開(kāi)挖掌子面最大間距達(dá)到480m,有幾處洞段圍巖坍塌,造成豆礫石無(wú)法回填,管片接縫過(guò)大有漏漿現(xiàn)象,后經(jīng)承包人的努力,情況有了根本性的改觀。在整個(gè)灌漿過(guò)程中,基本順利,僅個(gè)別段漿液串跑,一直串到護(hù)盾內(nèi),后調(diào)整灌漿方法,杜絕了此類現(xiàn)象。3.3樹(shù)高洞段的壓水試驗(yàn)灌漿結(jié)束后,承包人應(yīng)對(duì)豆礫石灌漿進(jìn)行鉆孔取芯和壓水試驗(yàn)檢查。壓水試驗(yàn)可在灌漿實(shí)施7d后進(jìn)行,按《水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程》(SL25—1992)做壓水試驗(yàn)。鉆孔深度應(yīng)控制為鉆至豆礫石灌漿層厚度的一半處,以孔口壓力0.2MPa、按穩(wěn)定時(shí)段不少于30min進(jìn)行壓水觀測(cè),讀取一個(gè)10min時(shí)段的吸水率ΔQ1。若ΔQ1/10小于0.1L/min,即認(rèn)為該孔所代表的20m洞段水密性合格,否則為不合格。灌漿實(shí)施28d后,每100m應(yīng)由監(jiān)理工程師指定3個(gè)孔進(jìn)行鉆孔,取豆礫石層芯樣(芯樣直徑38或50mm)制成試件,進(jìn)行抗壓、抗?jié)B試驗(yàn)。若試件抗壓強(qiáng)度大于15MPa、K≤1.0×10-5cm/s即為合格。否則即認(rèn)為該段灌漿不合格,應(yīng)采取補(bǔ)救措施處理。1#隧洞剛開(kāi)挖了1960m,豆礫石回填灌漿完成了1690m,完成壓水試驗(yàn)的洞段700m,鉆取巖芯段200m。目前完成的質(zhì)量檢查情況是:壓水試驗(yàn)35組,不合格3組,合格率91.4%;巖芯取樣7組,不合格3組,合格率57.1%。當(dāng)然,由于當(dāng)前樣本數(shù)較少,還不能得出有效的結(jié)論,但是,也可看出:1#隧洞在開(kāi)始階段的豆礫石回填灌漿質(zhì)量不是很好,對(duì)于不合格的洞段須進(jìn)行二次補(bǔ)灌,直至合格為止。該洞段的灌漿實(shí)踐也說(shuō)明這樣一個(gè)事實(shí):豆礫石回填灌漿一次施灌達(dá)到100%的合格率是不現(xiàn)實(shí)的,須二次、三次施灌才能達(dá)到工程要求。4管片安裝的安裝(1)管片生產(chǎn)須嚴(yán)格按照?qǐng)D紙進(jìn)行,尺寸誤差控制在允許的范圍內(nèi);在管片的運(yùn)輸、安裝過(guò)程中,承包人一定要注意對(duì)管片的保護(hù),避免碰掉棱腳。只有這樣,管片安裝后才不會(huì)產(chǎn)生大的縫隙、漏漿。(2)在管片安裝過(guò)程中注意對(duì)止水條的保護(hù)。管片與管片之間是有縫隙的,為了防止?jié)B水和漏漿,在設(shè)計(jì)上,管片的四周布置了止水條,防止?jié){液從管片接縫處滲出。因此,在安裝管片時(shí),一定要防止止水條搓起、錯(cuò)位和剝離。(3)巖粉的排除:掘進(jìn)機(jī)在施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多巖